多波束測深系統(tǒng)地形跟蹤技術(shù)研究.pdf

1、隨著海洋經(jīng)濟與技術(shù)的發(fā)展，海底地形探測技術(shù)受到了越來越多的關(guān)注，并已逐漸成為海洋資源開發(fā)、環(huán)境調(diào)查等工作的基礎(chǔ)。較之于傳統(tǒng)聲納的單點測量，多波束測深系統(tǒng)利用廣角度發(fā)射、多通道接收與陣處理技術(shù)，可以單次形成高密度的條幅式數(shù)據(jù)，測深效率大幅提高，在水下資源調(diào)查、海洋劃界等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對多波束測深精度進一步改善的需求，引入地形跟蹤的思想并發(fā)展了相關(guān)算法。首先介紹了多波束測深系統(tǒng)的發(fā)展歷史和特點以

2、及聲線跟蹤技術(shù)和多波束測深系統(tǒng)的基本原理。由于傳統(tǒng)的直接利用聲線跟蹤來獲取海底地形的方法很大程度上會受到測量噪聲聲速畸變以及干擾回波的影響，本文提出了一種將環(huán)境起伏特性與回波到達時間、回波到達角以及聲速剖面結(jié)合起來的狀態(tài)-空間模型，并給出了序貫濾波的解法。首先重點闡述了無跡卡爾曼濾波算法的相關(guān)理論和算法執(zhí)行流程，然后通過仿真數(shù)據(jù)對同一信噪比下序貫濾波算法與傳統(tǒng)算法的跟蹤性能進行了比較，其次研究跟蹤性能與信噪比的關(guān)系，比較條件均方誤差與后

3、驗Cramer-Rao下限的關(guān)系，最后結(jié)合2016年7月的海試數(shù)據(jù)，進一步驗證了序貫濾波算法的優(yōu)勢。⑵針對序貫濾波算法計算量大、效率低的局限，本文提出一種減少未知參數(shù)個數(shù)的降維方法，該方法使用經(jīng)驗正交函數(shù)表征海底深度特征，顯著降低了算法的復雜度。在此基礎(chǔ)上，基于經(jīng)驗正交函數(shù)的正交性進一步擴展了狀態(tài)-空間模型，使得表征更為復雜的地形演變成為可能，并運用仿真數(shù)據(jù)對改進后的算法進行了驗證。⑶研究了多波束測深系統(tǒng)的常見誤差來源及編輯準則，針對文